Отчёт по уронатдегидрогеназе

Информация о белке

Белок уронатдегидрогеназа экспрессируется геном udh. Выделен из бактерии Agrobacterium fabrum (штамм C58 / ATCC 33970) (Agrobacterium tumefaciens (штамм C58)), грамотрицательной альфапротеобактерии, которая вызывает образование корончатых галлов у растений^[1]. Катализирует окисление D-галактуроновой и D-глюкуроновой кислот до галактарата и D-глюкарата соответственно^[2]. Составляет часть пути окислительной деградации D-галактуроната, который позволяет A.tumefaciens использовать это соединение в качестве единственного источника углерода^[3]. Не активен в отношении D-галактозы, D-глюкозы, D-галактоната и D-глюконата^[4].

Катализируемая реакция^[4]:

β-D-galacturonate + NAD⁺ = D-galactaro-1,5-lactone + H⁺ + NADH

Краткие сведения о белке:

• Статус: Reviewed
• Оценка аннотации: 5/5
• Записи в PDB: 3RFT, 3RFV, 3RFX
• Длина: 265 а.о.
• Молекулярная масса: 29 047 Da

Кластеры UniRef

Для белка уронатдегидрогеназы в базе UniRef представлены три кластера, в каждом из которых он является репрезентативным. Кластер-50 содержит 424 записи; кластер-90 120 записей. Кластер-100 содержит две записи — исследуемого белка и идентичного ему белка из организма Rhizobium radiobacter (Agrobacterium tumefaciens) (Agrobacterium radiobacter). Стоит отметить, что белки этих кластеров распространены только в семействе Rhizobiaceae, что свидетельствует об их общем происхождении.

Для пары видов A. fabrum и R. radiobacter обнаружено приличное количество общих кластеров разных степеней идентичности. Например, по запросу:

taxonomy:"Agrobacterium fabrum (strain C58 / ATCC 33970) (Agrobacterium tumefaciens (strain C58)) [176299]" taxonomy:"Rhizobium radiobacter (Agrobacterium tumefaciens) (Agrobacterium radiobacter) [358]" AND identity:1.0

получено 4983 кластера разнообразных белков. Аналогично, имеется 5166 общих кластеров с идентичностью 90% и 5140 — с идентичностью 50%. Поскольку количества идентичных белков сопоставимы с размером исследуемого протеома (5344), то полученные данные говорят о тесном родстве этих организмов. Действительно, в 2001 году род Agrobacterium был расформирован, а вид A. tumefaciens вместе со штаммом C58 — реклассифицирован как Rhizobium radiobacter^[5]. Тем не менее, оба организма всё же сохраняют некоторое количество уникальных белков.

Сеансы поиска

Для получения комплексной информации об уронатдегидрогеназе я провёл ряд дополнительных запросов на UniProtKB. Выяснилось, что у подопытной бактерии имеется 212 белков с гидрогеназной активностью, но всего лишь 35 ферментов из того же под-подкласса 1.1.1.N, что и уронатдегидрогеназа. Между тем, среди всех живых таксонов обнаружено 1330 белков, обладающих дегидрогеназной активностью в отношении уронатов, что свидетельствует о сравнительно широкой распространённости и большом морфологическом разнообразии данных ферментов.

История записи

Впервые запись была опубликована 5 июля 2004 года; по состоянию на 12.04.2022 на UniProt представлена 95 версия записи. За время своего существования она трижды переименовывалась. 11.06.2014 запись была аннотирована и получила статус Reviewed. Примечательно, что по сравнению с версией 19 от 13.11.2007, в версии 20 (2008-01-15) из самого начала белковой последовательности был удалён фрагмент MKVLSTTAKTQKRLGRMA.

Поиск протеомов

В базе данных Proteomes был обнаружен единственный референсный протеом бактерии A. fabrum (Agrobacterium tumefaciens) с ID UP000000813, содержащий 5344 белка, из которых 653 — в базе Swiss-Prot. Протеом является стандартным; по данным BUSCO, он не завершён на 0,5%. В совокупности, из всего протеома только для 2293 белков имеются те или иные данные об их существовании (табл. 1), что составляет около 43% от объёма протеома. Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что протеом A. fabrum (Agrobacterium tumefaciens) изучен недостаточно хорошо. Помимо всего прочего, протеом состоит из четырёх компонентов: кольцевой хромосомы (2762 белка), линейной хромосомы (1845 белков), At-плазмиды (540 белков) и Ti-плазмиды (197 белков).

В качестве контроля был выбран протеом бактерии Rhizobium gallicum bv. gallicum R602sp (Proteome ID UP000031368). Оба вида — A. fabrum и R. gallicum — принадлежат семейству Rhizobiaceae и относятся к группе клубеньковых бактерий. Принципиальное различие между ними состоит в том, что представители первого вида являются патогенами растений, вызывая у них образование корончатых галлов, а второй вид способен к симбиотрофной фиксации атмосферного азота. Контрольный протеом также является референсным и стандартным; количество белков — 7034, из них ни одного нет в базе Swiss-Prot. Более того, только для 36% белков имеются свидетельства существования (табл. 1). В связи с этим можно сделать вывод о том, что протеом R. gallicum bv. gallicum изучен сравнительно хуже, чем протеом A. fabrum. Компоненты контрольного протеома: хромосома (3965 белков), плазмиды pRgalR602a (196 белков), pRgalR602b (498 белков), pRgalR602c (2375 белков).

Табл. 1. Параметры, используемые для оценки изученности протеомов.

Скачивание обоих протеомов в формате Swiss на сервер kodomo было осуществлено посредством применения в терминале следующих команд:

Функциональные группы

Табл. 2. Доли белков разных функциональных групп.

Для определения количеств белков, принадлежащих к различным функциональным группам, я использовал сервис расширенного поиска по UniProtKB. Как следует из таблицы 2, различие в содержании трансмембранных белков практически незначительно; оно коррелирует с различием значений общего количества белков в обоих протеомах.

Напротив, доли ферментов сильно разнятся: 15% от всего протеома у A. fabrum и 20% у R. gallicum. Аналогично, доли оксидоредуктаз от общего числа ферментов составляют 14,8% и 21% соответственно. Вероятно, это связано с тем, что представители A. fabrum в процессе перехода к паразитизму значительно упростили свой метаболизм, тогда как R. gallicum научились фиксировать азот и приобрели для этого большое количество ферментов. Нитрогеназа — главный участник процесса азотфиксации — наблюдается в активном состоянии у R. gallicum целых девять раз, тогда как у её патогенного родственника — ни разу.

Болезнетворность A. fabrum (A. tumefaciens) обусловлена наличием в её геноме специфической Ti-плазмиды, кодирующей белки, необходимые для переноса плазмиды в клетку растения и образования на корнях корончатых галлов. Ti-плазмида — уникальное образование, которое встречается только у данного вида. Несмотря на это, белки конъюгативного переноса (conjugal transfer proteins, CTP), отвечающие за перенос плазмид при конъюгации, преобладают у R. gallicum. Принципиальная необходимость этих бактерий в трансфере плазмид неизвестна, однако показано, что некоторые симбиотрофные штаммы рода Rhizobium способны делиться плазмидами со своими родственниками, не способными к азотфиксации^[6]. К слову, у A. fabrum все CTP закодированы в плазмидах, тогда как у R. gallicum 4 таких белка экспрессируются с хромосомы.

Работа с протеомами

В начале я проверил, что все белковые последовательности начинаются с метионина. Для этого я отправил скачанные файлы протеомов на конвейер:

Выяснилось, что в записи UP000031368 с метионина начинаются 7034 белка — ровно столько, сколько белков в соответствующем протеоме. Аналогично, в записи UP000000813 метионин является стартовым для 5344 белков.

Далее, я сравнил число "неохарактеризованных белков" (Uncharacterized protein) в обоих протеомах:

Результаты оказались впечатляющими: в протеоме A. fabrum содержится 1218 безымянных белков (22,8% протеома), а для R. gallicum это число составляет 1484 (21% протеома). Таким образом, любую оценку изученности этих двух протеомов можно считать спорной.

Литература:

1. Chilton M.D., Drummond M.H., Merio D.J., Sciaky D., Montoya A.L., Gordon M.P., Nester E.W., Stable incorporation of plasmid DNA into higher plant cells: the molecular basis of crown gall tumorigenesis, Cell, 1977.
2. Parkkinen T., Boer H., Janis J., Andberg M., Penttila M., Koivula A., Rouvinen J., Crystal structure of uronate dehydrogenase from Agrobacterium tumefaciens, J. Biol. Chem., 2011.
3. Boer H., Maaheimo H., Koivula A., Penttila M., Richard P., Identification in Agrobacterium tumefaciens of the D-galacturonic acid dehydrogenase gene, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2010.
4. Yoon S.H., Moon T.S., Iranpour P., Lanza A.M., Prather K.J., Cloning and characterization of uronate dehydrogenases from two pseudomonads and Agrobacterium tumefaciens strain C58, J. Bacteriol., 2009.
5. Young J.M., Kuykendall L.D., Martínez-Romero E., Kerr A., Sawada H., A revision of Rhizobium Frank 1889, with an emended description of the genus, and the inclusion of all species of Agrobacterium Conn 1942 and Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 as new combinations: Rhizobium radiobacter, R. rhizogenes, R. rubi, R. undicola and R. vitis, Int J Syst Evol Microbiol., 2001.
6. Wathugala​ N.D., Hemananda K.M., Yip C.B.​, Hynes M.F., Defining the requirements for the conjugative transfer of Rhizobium leguminosarum plasmid pRleVF39b, Microbiology, 2020.